Автор: CHEN Chen, CHEN Da-yong, FENG Xue-wei
Источник: Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Гірничо-геологічна. Випуск 14(181) - Донецьк, ДонНТУ, 2011
Система охлаждения промывочной жидкости в основном предназначена для эксплуатации газовых гидратов в вечной мерзлоте. В процессе бурения, расширения скважины, диссоциация газовых гидратов и другие осложнения могут произойти из-за высокой температуры промывочной жидкости. В статье описывается принцип системы охлаждения промывочной жидкости для применения к добыче газовых гидратов в вечной мерзлоте бассейна Мохе. Эксплуа- тация начата 16 августа и заняла 2 месяца. В результате была пробурена скважина диаметром 108 мм глубиной 500 м. Благодаря эффекту охлаждения промывочной жидкости эксплуатация газовых гидратов произошла без осложнений. В дополнение данная система обеспечит в будущем возможность широкомасштабной эксплуатации газовых гидратов.
Природные газовые гидраты является соединениями, которые вырабатываются при температуре 0-10°С и давлении выше 10 МПа. В настоящее время ученые нашли большое количество газовых гидратов в условиях вечной мерзлоты, таких, как Дельта Маккензи, на Северном Склоне Аляски и России, Сибири, Qinhai Китая. Вечная мерзлота газогидратных разведки в основном принимает геофизический характер, такой как сейсмическое отражение, метод бурения, методы отбора проб, лесозаготовительной техники, более того, бурение, которое является самым прямым способом добычи природных газовых гидратов. Однако, предотвращение от разложения гидратов во время разведки -это ключевые технические проблемы. В ходе процесса бурения газовых гидратов в зоне многолетней мерзлоты, количество тепла будет выведено на поверхность буровым раствором.
Если промывочная жидкость вернулась из отверстий и имеет более высокую температуру, чем температура газового гидрата водохранилища в условиях вечной мерзлоты, то это вызовет в скважине (мерзлого грунта или горных пород) расширение или разложения газовых гидратов.
Следовательно, температура грязи должна быть всегда ниже, чем гидрат в криолитозоне. В настоящее время существует несколько форм промывочной системы охлаждения, Природного испарительного охлаждения. Поскольку температура грязи, которая возвращается из отверстия выше, чем температура окружающей среды, жижа потечет вдоль бака грязи и испарительного охлаждения. Твердые массы с уменьшением температуры остывают. Наблюдается изменение теплороводности.
Принудительное охлаждение грязью осуществляются охлодительными устройствами. Когда грязь имеет более высокую температуру, которая указывает на различие температуры внутри и вне скважины, эта разница температур велика, применяются различные устройства охлаждения.
Грязевую систему охлаждения исследовал и разработал колледж Строительства Инжиниринг, университета Цзилинь, используя за основу разведку газовых гидратов в криолитозоне. Грязевая система охлаждения состоит из двух компонентов, а именно: хладагента в контуре охлаждения и грязевого контура охлаждения.
Через холодильную установку, охлаждается хладагент, его температура может достигать – 15С. Они передают тепло через обратный поток теплообменника. Мощность общенго теплообмена может быть рассчитана по имперической формуле.
Следует учесть то, что температура системы должны быть постоянной, и параметры системы должны быть скорректированы, чтобы своевременно удовлетворить требования бурения (Рис.1).
Рисунок 1 – Схема охлаждения промывочной жидкости
3.1.Обзор физической географии полигона
Геологоразведка газа проходила вблизи Мохе провинции Хэйлунцзян, Китай.Гидратов газа сайтов разведки расположена в Мохэ провинции Хэйлунцзян, Китай. Мохэ находится в горах, самая высокая точка находится на южном побережье реки Хэйлунцзян. Место строительства началось в криолитозоне с глубочайшим пределщм 124 м, обычно от 60 до 80 метров, а средняя глубина оттаивания в пределах 0,6-0,7м.
3.2.Промывочные жидкости, используемые в тест-системе охлаждения
Устойчивость к низкой температуре бурового раствора с низким содержанием твердофазного полимера, используют в этом исследовании гидратов газа. Требования основных технических параметров бурового раствора в следующей редакции:
(1) Точка замерзания буровой раствор -4 С,
(2) Потери воды из бурового раствора была меньше, чем 4мл/30мин,
(3) Плотность бурового раствора составил 1,07 ~ 1.085г/cм3.
3.3.Анализ данных
Продолжительность испытания: 2010.9.1 ~ 2010.9.30 В течение разведки газовых гидратов при бурении скважины МК-1 система охлаждения промывочной жидкости получила удовлетворительные результаты испытаний. Время кривых (см. рисунок 2) температура грязи были составлены на основе полевых измерений в диапазоне от 111,30 до 458.10м.
Рисунок 2 – График температуры и времени охлаждения промывочной жидкости
3.3.1 Анализ кривых температуры промывочной жидкости втекающей и вытекающей из скважины.
Как показано на рисунке 2, средняя температура грязи, которая втекает и вытекает из скважины были отдельно 3,13 С (температура будет достигать до 7,5 С без системы охлаждения) и 4,28 С, и средняя температура промывочной жидкости бассейна была 5,72 С, которое отвечало требованиям газа гидрата строительства буровых выборки. Поскольку промывочная жидкость бассейна без теплоизоляции привели к проведению теплообмена с внешней средой, температурная кривая промывочной жидкости бассейна привели к колебаниям. Повышение температуры в промывочной жидкости бассейна с подогревом от солнца усугубляет бремя системы охлаждения, особенно в 9,10 ~ 9,15. И температура окружающей среды во время 9,20 ~ 9,22 была ниже, что привело к уменьшению температуры промывочной жидкости бассейна. Кроме того, новые промывочные жидкости необходимо поставляться в процессе бурения в текущий формирования, из-за больших вертикальных трещин в зоне бурения. Тем не менее, температура поставляемой промывочной жидкости было выше, следовательно температура промывочной жидкости в бассейне постоянно меняется.
3.3.2 Анализ эффектов теплообмена
По наблюдаемым данным теста, температурные кривые до и после теплообмена между промывочными жидкостями в теплообменной системе охлаждения и вторичного хладагента были такими как показано на рисунке 3. Средняя температура промывочной жидкости втекает и вытекает в обменник был 1,43 С путем расчета, а средняя скорость передачи тепла из теплообменника был 19.18 КВт. Оказалось, что вся система может удовлетворять требованиям газовых месторождений гидрата.
Рисунок 3 – График изменения температуры и времени втекания и вытикания промывочной жидкости
Этот способ охлаждения промывочной жидкости такой системой охлаждения добился хороших результатов в освоении гидрата природного газа в бассейне Мохэ. Это обеспечило плавность хода разведки и строительства. После успешного применения системы охлаждения грязи в провинции Цинхай 2009 и Мохэ Basin2010, было отмечено, что технологии охлаждению промывочной жидкости было уделено внимание в Китае, но также предлагают эффективную техническую поддержку для будущих крупномасштабных исследований газовых гидратов.
T.J. Holroyd, N. Randall, Use of acoustic emission for machine condition monitoring, Condition Monitoring 35 (2) (1993) 75–79.
2.S.T.S. Bukkapatnam, S.R.T. Kumara, A. Lakhtakia, Analysis of acoustic emission signals in machining, ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering (1999) 183–207.
3.E.N. Diei, Acoustic emission sensing of tool wear in face milling, Journal of Engineering for Industry 109 (1987) 234–240.
4.Волков А.С. Буровой геологоразведочный инструмент. – М.: Недра, 1979.- 286с.
5.Корнилов Н.И., Бухарев Н.Н., Коган Д.И. Буровой инструмент для геологоразведочных скважин: справочник. – М.: Недра,1990.-395 с.
6.ZHANG Yong-qin, SUN Jian-hua, JIA Zhi-yao.2009. Research and Application for China Land Permafrost Gas Hydrate Drilling[J]. Exploration Project. 36( S1):22-28.
7. Hyndman R D, Spence G D. A seismic of methane hydrate marine bottom simulating reflectors[J] . J.Geophys. Res. 1992 ,97 :6683~6698.
8. ZHOU Huaiyang, PENG Xiaotong, YE Ying.2002. DEVELOPMENT IN TECHNOLOGY OF PROSPECTING AND EXPLOITATION FOR GAS HYDRATES. Geology and Prospecting. 38(1)70-73
9. Hesse R , Harrison W E. Gas Hydrates (clathrates) causing porewater fre shening and oxygen isotope fractionation in deepwater sedimentary sections of terrigenous continental margins[J]. Earth Planet. Sci. Lett, 1981,11:453~562.
10. Pecher I A , Ranero C R , Huene. Rvon ,Minshull T A,Singh S C.The nature and distribution of bottom simulating reflectors at the Costa Rican convergent cargin [J]. Geophys. J.Int.,1998 ,133 :219~229